طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس XRF

طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس XRF
روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس XRF

مقدمه

روش فلوئورسانس پرتو ایکس یا طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس XRF (X-ray Fluorescence Spectroscopy) یکی از روش های شناسایی و آنالیز مواد است که به دلیل داشتن سرعت زیاد در فرآیند شناسایی عناصر، به طور گسترده در مراکز صنعتی و پژهشی به کار برده می شود. این روش، سریع، دقیق و غیر مخرب است و به همین دلیل کاربردهای آن بسیارزیاد و گسترده است .

در این روش از پرتو ایکس برای  تجزیه لایه‌ های سطحی استفاده می ‌شود.  در اثر تابش اشعه ایکس و برانگیختگی نمونه، انتقال الکترونی در لایه ‌های مختلف اتم انجام می ‌شود که هر انتقال الکترونی همراه با نشر یک خط طیفی اشعه ایکس است. طول موج خطوط طیفی نشر شده مبنای تجزیه کیفی عناصر و شدت پرتوها، متناسب با فراوانی یا کمیت عناصر موجود در نمونه است.

اساس کار روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس XRF

در روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF نیز همانند روش پراش اشعه ایکس(XRD ) پرتو ایکس از یک لامپ تولید اشعه ایکس به نمونه مجهول تابیده و بخشی از این پرتو های ایکس از ماده عبور کرده ، بخشی جذب می شوند و در اثر عبور از گذار الکترون از سطح انرژی بالاتر به سطح انرژی پایین‌تر، اشعه ایکس ثانویه (پرتو مشخصه) تولید می‌شود و بخشی از آن به عقب پراکنده می‌شوند. پرتوهای خروجی از بلور هر یک طول موج خاصی دارند که برای هر عنصر منحصر به فرد است. و به این طریق عناصر سازنده نمونه تشخیص داده می‌شوند.

نحوه جذب و تفرق اشعه ایکس در روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRFنحوه جذب و تفرق اشعه ایکس در روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF

اجزاء دستگاه روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF

۱٫      لامپ تولید پرتو ایکس:

پرتوهای ایکس را می‌توان به عنوان امواج الکترومغناطیس یا طول موج مختص خود، یا پرتوهای فوتون‌ها با انرژی های مخصوص به خود در نظر گرفت در دستگاه‌های مختلف روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF از لامپ های گوناگونی استفاده می شود که در توان استفاده شده، محل پنجره برلیمی، و نوع انجام سرمایش سیستم با هم تفاوت دارند. وظیفه لامپ تولید پرتو ایکس، ایجاد پرتوی با شدت زیاد است تا بتواند تمام عناصر موجود در نمونه را برانگیخته کند. (طول موج پرتو خروجی از لامپ کمتر از لبه جذب عناصر موجود در نمونه باشد.)

۲٫      بلور آنالیزکننده:

از بلورهای آنالیزکننده به منظور شناسایی عناصر استفاده می شود که با تغییر عدد اتمی عناصری که باید شناسایی شوند، نوع و جنس بلور آنالیزکننده تغییر می‌کند . به طور مثال پرکاربردترین بلور آنالیزکننده، بلور فلورید لیتیم است که برای شناسایی عناصر پتاسیم تا اورانیوم به کار می‌رود.

۳٫      ساخت نمونه:

نمونه موردنظر برای انجام آنالیز طیف سنجی پرتو ایکس  XRF ، یک استوانه با قطر ۳ سانتی‌متر و ضخامت حدود ۰٫۵ میلیمتر است.و در یک جا نمونه ای فلزی به  نحوی در دستگاه قرار می گیرد که  پرتو ایکس از زیر به آن بتابد.

۴٫      آشکارسازها:

پرتو ایکس در اثر بمباران ماده با الکترون های پرانرژی پدید می‌آید در اثر برخورد الکترون ها به اتم های ماده انرژی الکترون های بمباران کننده به الکترون های ماده منتقل می‌شود و در نتیجه اتم های ماده برانگیخته می‌شوند  و در بازگشت به حالت اولیه و پایدار خود برای از دست دادن انرژی یک پرتو ایکس تابش می‌کنند که این پرتو ایکس تابش شده وارد آشکار ساز شده و شدت آن اندازه گیری می‌شود و با توجه به آن ویژگی ها و خواص نمونه مورد نظر مورد بررسی قرار می‌گیرد.

روش های آشکارسازی انواع مختلفی دارند که روش هایی که امروزه از آنها استفاده می‌شود با دقت بیشتری آشکارسازی پرتو ایکس را انجام می‌دهند. روش های آشکارسازی عبارتند از:آشکارسازی با فیلم عکاسی ، آشکارسازهای گازی، آشکارسازهای تهییجی

اجزاء یک دستگاه طیف سنجی فلور سانس پرتو ایکس  XRFاجزاء یک دستگاه طیف سنجی فلور سانس پرتو ایکس  XRF

آنالیز عنصری

پرتو ایکس تولید شده از لامپ به نمونه برخورد کرده، باعث به وجود آمدن پرتو ایکس مشخصه می‌شود و توسط بلور آنالیزکننده طول موج های مربوط به هر یک از عناصر، تفکیک می‌شود ، به آشکارساز رسیده و در نهایت منجر به رسم طیف مورد نظر ما می‌شود. (آنچه دستگاه XRF به‌عنوان طیف رسم می‌کند، نشان دهنده تغییر شدت پرتو بر حسب انرژی آن است.)

در دستگاه طیف سنجی پرتو ایکس  XRF آنالیز کمی عناصر نیز امکان پذیر است. بدین صورت که با اندازه گیری شدت پرتوهای با طول موج برابر با نمونه استاندارد، میتوان درصد آن عنصر را نیز تعیین کرد.

 انواع دستگاه های طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF

دستگاه های طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF  به دو گروه تفکیک طول موج ( WDS) و تفکیک انرژی (EDS) دسته بندی می‌شوند.

تفکیک طول موج ( WDS)

در این نوع دستگاه‌ها پرتو ایکس خروجی پیش از ورود به آشکارساز توسط یک بلور تفکیک می‌شود.

تفکیک انرژی (EDS)

در این نوع دستگاه ها پرتو ایکس خروجی از نمونه بدون آنکه توسط بلور آنالیز کننده تفکیک شود وارد آشکارساز می‌شود.

کاربرد های روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF:

روش طیف سنجی فلورسانس پرتو ایکس  XRF  با توجه به سریع انجام شدن آن و در عین حال دقت بالا و استقلال از وابستگی نتیجه به توانایی شخص آنالیزکننده در بسیاری از موارد مخصوصا در صنایعی مانند سیمان و فولاد جایگزین روش‌های آنالیز شیمیایی شده است. در این صنایع تغییر در مقدار عناصر موجود در نمونه، در گستره کوچک و مشخصی بوده و همچنین نیازمند سرعت زیاد آنالیز برای انتخاب ترکیب مورد استفاده است.

همچنین این روش در مراکز پژوهشی نیز به دلیل توان تشخیص نوع عناصر موجود در نمونه مجهول برای شروع کار آنالیز، تحلیل و شناسایی بسیار موردتوجه است .

منبع:

کتاب روش های شناسایی و آنالیز مواد، فرهاد گلستانی فرد

مقدمه ای بر روش های پیشرفته آنالیز مواد، یانگ لنگ

آشنایی با روشهای نوین شناخت و آنالیز مواد، وحید ابویی‌ مهریزی

 

لینک کوتاه مطلب

متالورژي سمیه خیری چهارشنبه ۱۷ مرداد ۱۳۹۷ 2933 بازدید
رمز کلیه فایل های فشرده : (باحروف کوچک تایپ شود)

دیدگاه کاربران ۰دیدگاه

دیدگاه خود را بنویسید